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1、第一节第一节 岩石的组成与结构岩石的组成与结构 一、岩石的组成一、岩石的组成 地壳地壳(earths crust )(earths crust )是由岩石组成的，是由岩石组成的，岩石又是由矿物岩石又是由矿物组成的组成的，那么矿物又是由什么组成的呢？是由组成地壳的化学，那么矿物又是由什么组成的呢？是由组成地壳的化学元素：元素：O O、SiSi、AlAl、FeFe、CaCa、K K、NaNa、MgMg等的化合物组成的，天等的化合物组成的，天然产出的这些元素的化合物即为矿物。然产出的这些元素的化合物即为矿物。 第二章第二章 岩石组成与岩石物理性质岩石组成与岩石物理性质 矿物矿物是均匀的是均匀的，通常
2、是由无机作用形成的，具有一定化学，通常是由无机作用形成的，具有一定化学成分和特定的原子排列（结构）的均匀固体，不能用物理的方法成分和特定的原子排列（结构）的均匀固体，不能用物理的方法把它分成在化学上互不相同的物质，如：把它分成在化学上互不相同的物质，如：石英石英、长石、方解石长石、方解石等等. K-feldspar钾长石Beta石英quartz 岩石是由一种或几种矿物按一定方式结合而成的天然集合体岩石是由一种或几种矿物按一定方式结合而成的天然集合体 ，如：，如：花岗岩花岗岩，是由石英、长石、和云母颗粒组成的。，是由石英、长石、和云母颗粒组成的。组成岩石的矿物有多种，其中常见的有：长石、石英、辉
3、石、角闪石、组成岩石的矿物有多种，其中常见的有：长石、石英、辉石、角闪石、云母、橄榄石、方解石、白云石、石膏、石墨、黄铁矿等。云母、橄榄石、方解石、白云石、石膏、石墨、黄铁矿等。角闪石角闪石Graphite石墨石墨Diamond 金刚石金刚石 二、岩石的分类二、岩石的分类 按照不同的成岩过程将岩石分为以下三类：按照不同的成岩过程将岩石分为以下三类： 1 1、火成岩、火成岩 一般指岩浆在地下或喷出地表冷凝后形成的岩石，又称岩浆岩，一般指岩浆在地下或喷出地表冷凝后形成的岩石，又称岩浆岩，是组成地壳的主要岩石，占地壳总体积的是组成地壳的主要岩石，占地壳总体积的95% 95% 。如花岗岩、流纹岩、。如
4、花岗岩、流纹岩、辉长岩、玄武岩、闪长岩、安山岩等。辉长岩、玄武岩、闪长岩、安山岩等。 Rhyolite Rhyolite 流纹岩（流纹岩（acidacid） ganiteganite花岗岩（花岗岩（acidacid） 岩脉、围岩、捕掳体岩脉的相互切割“四世同堂” 在各种不相同的地质环境下岩浆都可以冷凝成岩。在各种不相同的地质环境下岩浆都可以冷凝成岩。 如果岩浆在地下活动，冷凝固化后可以形成如果岩浆在地下活动，冷凝固化后可以形成侵入岩侵入岩； 如果岩浆由火山活动喷发到地表后才冷凝固化，则形成如果岩浆由火山活动喷发到地表后才冷凝固化，则形成喷出岩喷出岩。 火山喷发后，在通道内没有喷出的岩浆冷凝收缩
5、后产生的类似于柱体节理。昌乐临朐 火山口奇观：柱状节理 大规模的多次火山喷发，随着地壳活动的加强，该处不断下降，不断沉积，四周的水逐渐汇聚于这一近圆形的小湖盆中，在山旺这个火山口发育较好，把其他周围小的覆盖，然后盆地不断下沉，不断沉积形成山旺盆地：沉积岩有页岩 、硅藻土等 石柱：都发现于泰山，其形状与桶状构造很为相似 ，其成因跟桶状构造也相似桶状构造 桶状构造的成因，最近比较流行的看法为炽热的岩浆在侵入的过程中，由于受到热梯度、热力场、速度场、涡流强度和边界条件等诸因素的制约，产生无数个应力梯度域，在岩石内部产出隐蔽的破裂纹，后期的张应力则使这些破裂纹明显化，进而形成环状节理发育的圆柱体，将其
6、名为“桶状构造”.从柱体的横断面上看，它有很多同心圆状的环圈和一个内核所组成。这些圆柱体状若垒着的汽油桶，或像一个个的蛋卷 . 按火成岩中矿物按火成岩中矿物颗粒颗粒的大小，也可以将火成岩分成两类：的大小，也可以将火成岩分成两类：细粒细粒火成岩火成岩（玄武岩、安山岩和流纹岩等）和（玄武岩、安山岩和流纹岩等）和粗粒火成岩粗粒火成岩（辉长岩、闪（辉长岩、闪长岩和花岗岩等）。长岩和花岗岩等）。 一般说来，细粒火成岩大都是喷出岩，它们的温度先是急剧下一般说来，细粒火成岩大都是喷出岩，它们的温度先是急剧下降，然后至地面进行冷却；而粗粒火成岩多是侵入岩，它们的温度降，然后至地面进行冷却；而粗粒火成岩多是侵入
7、岩，它们的温度是逐渐冷却的。不少人把侵入岩和喷出岩作为区分火成岩的最重要是逐渐冷却的。不少人把侵入岩和喷出岩作为区分火成岩的最重要的方法。的方法。 构成火成岩的主要元素有氧、硅、铝、钙、钠、钾、镁和钛，构成火成岩的主要元素有氧、硅、铝、钙、钠、钾、镁和钛，其中几种元素氧化物的含量即占火成岩总重量的其中几种元素氧化物的含量即占火成岩总重量的99左右，特别是左右，特别是二氧化硅的含量最高，在不同的火成岩中均占总重量的二氧化硅的含量最高，在不同的火成岩中均占总重量的3578。 在火成岩中，二氧化硅被称作在火成岩中，二氧化硅被称作酸性组份酸性组份；铁、镁和钙被称作；铁、镁和钙被称作基性组份基性组份；钠
8、和钾称作；钠和钾称作碱性组份碱性组份。 按照火成岩中二氧化硅含量的多少，一般将火成岩分为酸性、中性按照火成岩中二氧化硅含量的多少，一般将火成岩分为酸性、中性和基性三类。和基性三类。 富含二氧化硅（富含二氧化硅（65）的火成岩称为）的火成岩称为酸性岩酸性岩，如花岗岩、流纹岩等；，如花岗岩、流纹岩等； 52%二氧化硅二氧化硅65%的火成岩的火成岩称为称为中性岩中性岩，这类岩石的典型代表，这类岩石的典型代表有闪长岩、安山岩等。有闪长岩、安山岩等。 含二氧化硅少含二氧化硅少( 52% )的称为的称为基性岩基性岩，如辉长岩、玄武岩等。，如辉长岩、玄武岩等。andesiteandesite安山岩（安山岩（
9、neutralneutral） basaltbasalt玄武岩（玄武岩（ alkalinity ） SiO2 65%65%SiO2 52%52%Extrusive RocksIntrusive RocksIgneous rock 火成岩火成岩Graniton Graniton 辉长岩（辉长岩（ alkalinity ） Diorite Diorite 闪长岩（闪长岩（neutralneutral） Igneous rock火成岩火成岩Intrusive Rocks结晶温度类 型矿物组成高温中间低温基性中性酸性CaMg橄榄石Fe斜长石Mg辉石FeMgFe闪石黑云母石英K长石白云母六 类 火 成
10、岩喷出岩（细粒岩）侵入岩（粗粒岩）玄武岩辉长岩安山岩闪长岩流纹岩花岗岩图2.4 火成岩的基性、中性、酸性分类和 6 种代表性岩石(引自Smith,D.G., 1981) 2 2、沉积岩、沉积岩 尽管火成岩占据了地壳总体积的尽管火成岩占据了地壳总体积的95%95%之多，但在地壳表之多，但在地壳表层分布最广泛的却是沉积岩。层分布最广泛的却是沉积岩。 沉积岩覆盖了大陆面积的沉积岩覆盖了大陆面积的7575( (平均厚度为平均厚度为2km) 2km) 和几乎和几乎全部的海洋地壳全部的海洋地壳( (平均厚度为平均厚度为1km)1km)面积。面积。physical weatheringphysical we
11、atheringChemical weatheringChemical weathering Biologic weatheringMechanical depositChemical depositChemical depositweldingweldingcementingcrystallization crystallization replacement 沉积岩是成层堆积的松散沉积物沉积岩是成层堆积的松散沉积物固结固结而成的岩石。也而成的岩石。也就是说，它是早先形成的岩石破坏后，又通过物理或化学就是说，它是早先形成的岩石破坏后，又通过物理或化学作用在地球表面（大陆和海洋）的低凹部位沉积
12、，经过压作用在地球表面（大陆和海洋）的低凹部位沉积，经过压实、实、 胶结再次硬化，形成的具有层状构造特征的岩石。胶结再次硬化，形成的具有层状构造特征的岩石。 沉积岩的种类很多，但若考虑到矿物颗粒的大小以及矿物沉积岩的种类很多，但若考虑到矿物颗粒的大小以及矿物成分等方面的因素，则可以将沉积岩分为成分等方面的因素，则可以将沉积岩分为砂岩、页岩和石砂岩、页岩和石灰岩三类灰岩三类。砂岩的交错层理 反映出古水流方向：砂岩粒度顺着层系由粗变细 ，粗的方向为古水流方向 砂岩砂岩包含的矿物颗粒的大小范围约为包含的矿物颗粒的大小范围约为1 16mm至至2mm。这些颗粒大多来源。这些颗粒大多来源于风化等侵蚀作用后
13、的火成岩的矿物颗粒或岩石碎片，也有不少颗粒来源于已于风化等侵蚀作用后的火成岩的矿物颗粒或岩石碎片，也有不少颗粒来源于已经存在的砂岩风化的产物。经存在的砂岩风化的产物。 砂岩的主要矿物是石英，还有长石，特别是钾长石。在沉积岩总量中，砂砂岩的主要矿物是石英，还有长石，特别是钾长石。在沉积岩总量中，砂岩约占岩约占25。 砂岩是石油、天然气的主力储层。砂岩是石油、天然气的主力储层。 页岩页岩是由直径不超过是由直径不超过1 16mm的细颗粒矿物组成的，它占沉积岩总量的的细颗粒矿物组成的，它占沉积岩总量的50。页岩以粘土矿物为主要造岩矿物，也包含许多细颗粒的石英、长石。页岩以粘土矿物为主要造岩矿物，也包含
14、许多细颗粒的石英、长石等其它矿物。尽管页岩含量丰富，但它在地表的出露却不如砂岩广泛。等其它矿物。尽管页岩含量丰富，但它在地表的出露却不如砂岩广泛。 页岩颗粒致密，渗透性很差，可以形成不透水层，能防止石油、水、页岩颗粒致密，渗透性很差，可以形成不透水层，能防止石油、水、天然气等的流失。天然气等的流失。藻叠层石白云岩 它的形成：在潮间带，浪很强，藻类为了生存便形成了这种叠层状的形态以抗击浪潮。 石灰岩石灰岩占沉积岩总量的占沉积岩总量的2020，是第三号重要的沉积岩。它以方解石，是第三号重要的沉积岩。它以方解石和白云石为主要造岩矿物，石英和长石的含量不足和白云石为主要造岩矿物，石英和长石的含量不足1
15、010。 这种过程不同于前面叙述过的火成过这种过程不同于前面叙述过的火成过程或沉积过程，一般称之为变质过程，相程或沉积过程，一般称之为变质过程，相应的这一作用叫做变质作用。应的这一作用叫做变质作用。 例如在保持固态情况下，石灰岩通过例如在保持固态情况下，石灰岩通过热力变质作用，发生了矿物的重结晶，使热力变质作用，发生了矿物的重结晶，使矿物颗粒粒度不断加大，形成了矿物颗粒粒度不断加大，形成了大理岩大理岩，因此，大理岩是一种变质岩。因此，大理岩是一种变质岩。 3 3、变质岩、变质岩 在地球内部高温或高压的情况下，先已在地球内部高温或高压的情况下，先已存在的岩石发生各种物理、化学变化使其中存在的岩石
16、发生各种物理、化学变化使其中的矿物重结晶或发生交互作用，进而形成新的矿物重结晶或发生交互作用，进而形成新的矿物组合。的矿物组合。 metamorphite 4 4、 成岩旋回成岩旋回 由火成岩、沉积岩和变质岩的形成过程可以看出它们之间有着密切的由火成岩、沉积岩和变质岩的形成过程可以看出它们之间有着密切的联系，它们都是活动着的地球过程的产物，同时，随着地球上主要地质过联系，它们都是活动着的地球过程的产物，同时，随着地球上主要地质过程的演变，这三类岩石之间可以互相转变。程的演变，这三类岩石之间可以互相转变。成成 岩岩 旋旋 回回 图图 对这种转变过程的研对这种转变过程的研究不但可以加深对岩石生究不
17、但可以加深对岩石生成过程的认识，还可以了成过程的认识，还可以了解在某类岩石变到另一类解在某类岩石变到另一类岩石的转变过程中包含的岩石的转变过程中包含的地质现象。地质现象。 岩石循环这个地质学岩石循环这个地质学中的重要概念，最早是中的重要概念，最早是James HuttonJames Hutton在在200200多年前多年前提出来的提出来的( Hutton, 1795)( Hutton, 1795)。 pyramid金字塔金字塔Great wall 长城长城Forbidden city紫禁城紫禁城泰姬陵泰姬陵 三、岩石的分类的作用三、岩石的分类的作用 一般说来，岩石的物理性质主要由三个方面的因素
18、决定：一般说来，岩石的物理性质主要由三个方面的因素决定： 第一，岩石的组成，包括组成岩石的矿物成分，岩石内部的孔隙度，岩第一，岩石的组成，包括组成岩石的矿物成分，岩石内部的孔隙度，岩石的饱和状态和孔隙流体的性质等；石的饱和状态和孔隙流体的性质等； 第二，岩石内部的结构，包括矿物颗粒的大小、形状及胶结情况，岩石第二，岩石内部的结构，包括矿物颗粒的大小、形状及胶结情况，岩石内部的裂隙和其它不连续界面等；内部的裂隙和其它不连续界面等； 第三，岩石所处的热力学环境，包括温度、压力和地应力场等。第三，岩石所处的热力学环境，包括温度、压力和地应力场等。 尽管不同的岩石具有不同的矿物组成、结构、孔隙度等，所处的热力学尽管不同的岩石具有不同的矿物组成、结构、孔隙度等，所处的热力学环境也大不相同，但在受到应力（天然的力或是人为的力）作用时，同一类环境也大不相同，但在受到应力（天然的力或是人为的力）作用时，同一类别内岩石的反应差别较小，并且有许多相似处。因此，岩石分类方法对于描别内岩石的反应差别较小，并且有许多相似处。因此，岩石分类方法对于描述多种岩石的共同特性，是十分有意义的。述多种岩石的共同特性，是十分有意义的。